(仮)釣りと電子工作 自作USBキーボード 忍者ブログ
趣味の電子工作と釣りについて。電子工作は、おもに変換器作成。釣りはおもにトラウトの管釣り。
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1.改造点

初期状態では、PORTB4がファームウェア書き換えスイッチになっているが、
これだとキー押下して通電するとファームウェア書き換えモードになる可能性があり、まずい。

なので、機能的に貧弱でキースキャンに使いづらいPORTE3をファームウェア書き換えスイッチに変更した。


2.制約

このプログラムは、C18 student edition(期限切れ)ではビルドできない。
そこで、ビルドできるよう、無くてもどうにかなりそうなロジックを徹底的に削った。
リセットのロジックも削ったので、HIDBootLoader.exeからリセットすることはできない。
その他、いろいろ不具合はあるのかもしれないが、気にしないこと。


3.ビルド方法

hidbootldr.zipを解凍する。解凍先は、どこでもいい。
HID Bootloader - Firmware for PIC18 Non-J Devices LiteにあるHID Bootloader PIC18 Non J.mcpを起動。
ビルドすると、HID Bootloader PIC18 Non J.hexができる。


4.書き込み方法

PICKit2を使うのが一般的だが、秋月ライターでも書き込めるらしい。
とくに特殊なところはなし。
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1.特殊キー(OPT)対応

それだけで独立しているキーについては、通常5V押下時0Vとなるような回路で対応。
ただ、回路というほどのものではなく、一方を4.7KΩでプルアップしておいて、一方をGNDと接続するだけ。
サンプルのBREAKキーの作りこみを見れば理解できると思う。

特殊キーの割り当ては、keyboard.cの下記を編集する。
左端がUSBのスキャンコードで、そこしか使っていないので、それ以外を書き換えても無意味。

// EEPROM Map:Scancode for Option key
#pragma romdata eedata2_scn=0xf00080
ROM unsigned char eedata2_values[0x10] =
{
0x35,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff ,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
};
#pragma romdata


2.Fnキー対応

keyboard.c の下記を書き換える。USBのスキャンコードではなく、キーボードのスキャンコードをセットする。
#define FN_KEY         0x68    // HHK like Fn key: 0x68=Caps Lock

Fnキーの対応表は、下記を書き換える。
Fn押下前USBスキャンコード、押下後USBスキャンコードの組み合わせで登録する。
ちなみに下記は、HHKライクな動きをするサンプル。

// EEPROM Map:HHK like Fn key
#pragma romdata eedata3_scn=0xf00090
ROM unsigned char eedata3_values[0x40] =
{
0x2f,0x52,0x34,0x4f,0x33,0x50,0x38,0x51,0x0F,0x49,0x37,0x4e,0x0e,0x4a,0x36,0x4d,
0x0c,0x46,0x12,0x47,0x13,0x48,0x2a,0x4c,0x2b,0x39,0x30,0x49,0x1e,0x3a,0x1f,0x3b,
0x20,0x3c,0x21,0x3d,0x22,0x3e,0x23,0x3f,0x24,0x40,0x25,0x41,0x26,0x42,0x27,0x43,
0x2d,0x44,0x2e,0x45,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF
};
#pragma romdata


3.ゴーストキー対応

逆流防止ダイオードが埋め込まれていないキーボードの場合、ゴーストキーの対応をしておいたほうが誤入力が減る。
下記を1にすると有効になる。
#define GHOST_KEY_REDUCTION 1  // 0...Disabled   1...Enabled

ゴーストキーが発生しないのにゴーストキーリダクションが働くと困るので、キーがマトリックス上存在する・しないところを登録しておく。
それが下記。1になっているところはキーが存在する、0になっているところはキーが存在しない、を表す。

ただし、ビット順が表示の関係で実際のキーマトリックスと合わないように感じるので注意が必要。

// EEPROM Map:GHOST(Phantom) Key reduction
#pragma romdata eedata4_scn=0xf000D0
ROM unsigned char eedata4_values[0x10] =
{
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00111111,0b00111111,
0b00111111,0b00111111,
0b00111111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111
};
#pragma romdata

ちなみにビットの並び順は、すごくあたりまえなのだが
C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 , C15 C14 C13 C12 C11 C10 C9 C8 となる。
C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 , C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 ではないので注意!!


4.LEDの吸い込み対応

FM-7のキーボードなど、LEDを吸い込みで制御する場合、下記のように変更する。

LATC=hid_report_out[0]&0b00000111;

LATC=(~hid_report_out[0])&0b00000111;



1.キーマトリックスの縦線、横線の確認

キーボードを解体してプリント基板のパターンを追いかけて、縦線と横線がどこに出ているか見つけます。
本数の多いのが縦線、少ないのが横線です。
あわせて、LEDの結線も確認します。LEDには極性がありますが、よく見ればどっちが+か判定できます(ここでは説明しません)。

解体できるキーボードが無い場合は、テスターを使って縦線、横線を見つける必要があります。
キーマトリックスを解析するのではなく、縦線、横線がどれか、だけを見つけ出します。
それでも最低2時間はかかるので、根気強く続けてください。


2.キーマトリックスの配線

以下、縦線をColumn、横線をRowと呼ぶことにします。
サンプル回路を見ながら作業しましょう。
ColumnをPICのC0~C15と結線してください。
RowをPICのR0~R7と結線してください。
BREAK等特殊キーは、必要に応じてOPT(オプション)と結線してください。
LEDは、必ず抵抗をかませてNumLk/CapsLk/ScrLKと接続してください。
LEDの-側をGNDと接続します。
LEDが吸い込みドライブの場合は、LEDの+側を5Vと接続するなど、回路の変更が必要です。

サンプル回路(既出)
usbbmbrd.pngusbbmsch.png









3.キーマトリックスの解析

キーマトリックス解析用のファームをPICに書き込みます。

keyboard.cのKMX_MONITORを1に変更してビルドして、PICに書き込んでください。
#define KMX_MONITOR    0       // 0...Operation  1...Matrix Monitor

メモ帳を開いてください。

キーボードを繋いで、キーを押してください。メモ帳にスキャンコードが表示されますので、これをメモしてください。
ここで注意点があります。ゾロ目のスキャンコードは、1文字で表示されることがあります。(例:33→3、77→7)
スキャンコード3や7は、03や07と表示されますので、識別できます。


4.変換テーブルの書き換え

keyboard.cのKMX_MONITORを0に戻します。
#define KMX_MONITOR    0       // 0...Operation  1...Matrix Monitor

※動作が不安定な場合は、下記の遅延の値を大きくするなどして調整する
  //        Delay100TCYx(1);    // 0.05us x 4 x 100 = 20us = 0.02ms
          Delay1KTCYx(1);    // 0.05us x 4 x 1000 = 200us = 0.2ms


調べたスキャンコードをもとに、keyboard.cの下記(キーボードスキャンコード→USBスキャンコード)を書き換えます。
USBのスキャンコードは、"usb scancode"でググって調べましょう。

// EEPROM Map:KEY MATRIX to USB SCANCODE
#pragma romdata eedata1_scn=0xf00000
ROM unsigned char eedata1_values[0x80] =
{
0x29,0x26,0x12,0x0f,0x37,0xff,0xff,0xff ,0x60,0x5f,0x63,0x5d,0x5a,0xff,0xff,0xff,
0x61,0x2a,0x53,0x5e,0x5b,0xff,0xff,0xff ,0x55,0x89,0x28,0x56,0x57,0xff,0xff,0xff,
0x2c,0x24,0x18,0x0d,0x10,0x3a,0xff,0xff ,0x52,0x21,0x15,0x09,0x19,0x3b,0xff,0xff,
0x35,0x23,0x1c,0x0b,0x11,0x3c,0xff,0xff ,0x50,0x25,0x0c,0x0e,0x36,0x3d,0xff,0xff,
0x51,0x27,0x13,0x33,0x38,0x3e,0xff,0xff ,0x4f,0x2e,0x30,0x32,0x54,0xff,0xff,0xff,
0xe0,0x2d,0x2f,0x34,0x87,0xff,0xff,0xff ,0xe1,0x20,0x62,0x5c,0x59,0xff,0xff,0xff,
0xff,0xff,0x14,0x04,0x1d,0xff,0xff,0xff ,0x39,0x22,0x17,0x0a,0x05,0xff,0xff,0xff,
0x2b,0x1e,0x1a,0x16,0x1b,0xff,0xff,0xff ,0xe2,0x1f,0x08,0x07,0x06,0xff,0xff,0xff
};
#pragma romdata

あと、Fnキー、GHOSTキーの設定項目がありますが、ややこしいのでここでは無効にしておきます。
#define FN_KEY         0xFF    // HHK like Fn key: 0x68=Caps Lock
#define GHOST_KEY_REDUCTION 0  // 0...Disabled   1...Enabled

同様に、特殊キーもここでは放置します。

変更が終わったら、ビルドして書き込みます。


5.動作確認

ジャンパピン短絡が外れているのを確認して、基板を接続してください。

メモ帳を開いて、キーを押してください。



1.部品配置の決定

配線ができるだけ短いほうがいいのですが、高周波ではないのでそれほど気を使わなくても大丈夫。
組み立てやすさを最重要視して配置しましょう。


2.基本パーツの確認

18F4550の動作確認wするために最低限必要なパーツの組み立てをします。
下記パーツがあることを確認します。

程よい大きさのユニバーサル基板
ジャンパピン(1X2ピンヘッダ)
PIC18F4550(DIP)※HID bootloader(改)書込済
40ピンICソケット
20MHzセラロック
2X2ピンヘッダ(L型)
積セラ104(0.1μF)
抵抗4.7KΩ~10KΩ:2本(プルアップ用)
ハンダ:少々
線材:それなり


3.基本パーツの組み立て

サンプル回路(回路図、ボード図)や組み立て例をを参考に、キーボードマトリックス接続以外を組み立ててください。
ケース内USBケーブルを2X2ピンヘッダに接続してください。5V(VCC),GND(VSS),D+,D-を間違えないように。
ジャンパピンを短絡してください。

組み終わったら、テスターなどで5V、GND間の抵抗を測定して、ショートしていないか確認してください。
確認は必須ではありませんが、ショートしていればPCに接続した瞬間にPCが落ちます(体験済み)。運が悪ければ二度と起動しません。


↓組み立て例
CIMG0213.JPGCIMG0215.JPG







CIMG0216.JPGCIMG0217.JPG









4.基本動作確認

HIDBootLoader.exeを起動してください。これは"C:\Microchip Solutions\USB Device - Bootloaders\HID - Bootloader"に置いてあります。
起動すると、"Device not detected. Verify device is in bootloader mode."と表示されるはずです。

この状態で、組み立てた基板を接続してください。ピポッと音がして、"Device attached."と表示が変われば正常に動作しています。


5.keyboard2.zipのコンパイル

"C:\Microchip Solutions\USB Device - HID - Keyboard2\Firmware"にある"USB Device - HID - Keyboard- C18 - PICDEM FSUSB.mcp"を起動します。

Project -> Build All でビルドしてください。USB Device - HID - Keyboard- C18 - PICDEM FSUSB.hex ができていればO.K.です。


6.ファームウェア書き込み

HID Bootloaderで、Open Hex Fileをクリックします。もちろん、"Device attached"の状態でないといけません。

"C:\Microchip Solutions\USB Device - HID - Keyboard2\Firmware"にある"USB Device - HID - Keyboard- C18 - PICDEM FSUSB.hex"を選んでください。

Erase/Program/Verify Completed Successfullyと表示されればO.K.です。
途中で止まった場合はプロセスが異常動作していますので、タスクマネージャから強制停止するかPCを再起動してください。


7.キーボードとしての動作確認

デバイスマネージャを起動してください。キーボードのところを確認しておいてください。

ジャンパピン短絡を外してください。

基板を接続してください。キーボードに"HID キーボードデバイス"が追加されていればO.K.です。





1.必要なもの

①C18コンパイラ
②MCHPFSUSB Framework2.5a(他のバージョンではダメ)
③keyboard.zip
④部品一式


2.C18コンパイラのインストールについての注意

入手方法やインストール方法は、あちこちに書いてあるのでここでは述べません。
注意点はただ1点。デフォルトインストールすること。
フォルダーなどをデフォルトから少しでも変更すると、フレームワークは使えません。


3.フレームワークのインストールについての注意

入手方法やインストール方法は、あちこちに書いてあるのでここでは述べません。
注意点はただ1点。デフォルトインストールすること。
フォルダーなどをデフォルトから少しでも変更すると、フレームワークは使えません。
フレームワークをインストールしたあと、keyboardデモがビルドできるか確認してください。
C:\Microchip Solutions\USB Device - HID - Keyboardにあります。
ビルドできないことはないと思うのですが、できない場合はできるようになるまでがんばってください。


4.keyboard.zipのインストールについての注意

すでにこの情報を見ている人なら、入手方法はすぐにわかるはずです。どこかに置いてありますので、探してください。
インストールする方法については、
①解凍する
②USB Device - HID - Keyboard2フォルダーをC:\Microchip Solutionsにコピーする

おわり。


5.部品一式


CIMG0208.JPG







程よい大きさのユニバーサル基板
ジャンパピン(1X2ピンヘッダ)
ジャンパピン短絡コネクタ
PIC18F4550(DIP)※HID bootloader(改)書込済
40ピンICソケット
20MHzセラロック
2X2ピンヘッダ(L型)
積セラ104(0.1μF)
抵抗4.7KΩ~10KΩ:2本(プルアップ用。推奨は4.7KΩにしておくが10KΩのほうがエコ的にいいかも)
抵抗300Ω~4.7KΩ:3本(LED電流制限用。暗くていいのなら4.7KΩ。赤以外は暗くなりがちなので1KΩのほうがいいかも。)
キーボード接続用ピンヘッダ:適量
ケース内USBケーブル(カモンAM-MBみたいなもの。よく見て買わないと間違えます。)
USB延長ケーブル(上記のケーブルが短すぎるとお嘆きの方へ)
ハンダ:少々
線材:それなり

※もちろんHID bootloader(改)書き込み済みPICは、市販されていません。
ひょっとしたら誰かがオークションで流してくれるかもしれません。
自分で書き込む場合は、PICKit2等が必要です。
※ジャンパピンは、高さを取らないL型が理想ですが、無ければ自分で折り曲げてもいいかも。
※プロならパスコンを何個か電源周りに付けるのだろうが、ノイズ対策できないアマチュアは付けない。

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